Las computadoras híbridas son computadoras que exhiben características de computadoras analógicas y computadoras digitales . El componente digital normalmente sirve como controlador y proporciona operaciones lógicas y numéricas , mientras que el componente analógico a menudo sirve como solucionador de ecuaciones diferenciales y otras ecuaciones matemáticamente complejas. El primer sistema de computación híbrida de escritorio fue el Hycomp 250, lanzado por Packard Bell en 1961. [1] Otro ejemplo temprano fue el HYDAC 2400, una computadora híbrida integrada lanzada por EAI en 1963. [2] En la década de 1980, Marconi Space and Defense Systems Limited (bajo Peggy Hodges) desarrollaron su "Computadora híbrida Starglow", que constaba de tres computadoras analógicas EAI 8812 conectadas a una computadora digital EAI 8100, esta última también conectada a una computadora digital SEL 3200. [3] A finales del siglo XX, los híbridos disminuyeron con las crecientes capacidades de las computadoras digitales, incluidos los procesadores de señales digitales . [4]
En general, las computadoras analógicas son extraordinariamente rápidas, ya que pueden resolver la mayoría de las ecuaciones matemáticamente complejas a la velocidad a la que una señal atraviesa el circuito, que generalmente es una fracción apreciable de la velocidad de la luz. Por otro lado, la precisión de las computadoras analógicas no es buena; están limitados a tres, o como máximo, cuatro dígitos de precisión.
Se pueden construir computadoras digitales para llevar la solución de ecuaciones a una precisión casi ilimitada, pero con bastante lentitud en comparación con las computadoras analógicas. Generalmente, las ecuaciones matemáticas complejas se aproximan usando métodos iterativos que requieren un gran número de iteraciones, dependiendo de qué tan buena sea la "suposición" inicial en el valor final y cuánta precisión se desee. (Esta suposición inicial se conoce como la "semilla" numérica). Para muchas operaciones en tiempo real en el siglo XX, estos cálculos digitales eran demasiado lentos para ser de mucha utilidad (p. Ej., Para radares de matriz en fase de muy alta frecuencia o para cálculos meteorológicos ), pero la precisión de una computadora analógica es insuficiente.
Se pueden usar computadoras híbridas para obtener un valor de 'semilla' muy bueno pero relativamente impreciso , usando una interfaz de computadora analógica, que luego se alimenta a un proceso iterativo de computadora digital para lograr el grado final de precisión deseado. Con una semilla numérica de alta precisión de tres o cuatro dígitos, el tiempo total de cálculo digital para alcanzar la precisión deseada se reduce drásticamente, ya que se requieren muchas menos iteraciones. Uno de los principales problemas técnicos a superar en las computadoras híbridas es minimizar el ruido de la computadora digital en los elementos de computación analógica y los sistemas de puesta a tierra.
Considere que el sistema nervioso de los animales es una forma de computadora híbrida. Las señales pasan a través de las sinapsis de una célula nerviosa a la siguiente como paquetes discretos (digitales) de sustancias químicas, que luego se suman dentro de la célula nerviosa de forma analógica mediante la construcción de un potencial electroquímico hasta que se alcanza su umbral , después de lo cual se descarga y envía una serie de paquetes digitales a la siguiente célula nerviosa. Las ventajas son al menos tres: el ruido dentro del sistema se minimiza (y tiende a no ser aditivo), no se requiere un sistema de conexión a tierra común y hay una degradación mínima de la señal incluso si hay diferencias sustanciales en la actividad de las células a lo largo de un ruta (solo los retardos de la señal tienden a variar). Las células nerviosas individuales son análogas a las computadoras analógicas; las sinapsis son análogas a las computadoras digitales.
Las computadoras híbridas son distintas de los sistemas híbridos . Este último no puede ser más que una computadora digital equipada con un convertidor de analógico a digital en la entrada y / o un convertidor de digital a analógico en la salida, para convertir señales analógicas para el procesamiento de señales digitales ordinarias, y viceversa , p. , para la conducción de sistemas de control físico, como servomecanismos .
Chip de computadora híbrido VLSI
En 2015, investigadores de la Universidad de Columbia publicaron un artículo [5] sobre una computadora híbrida a pequeña escala con tecnología CMOS de 65 nm. Esta computadora híbrida VLSI de cuarto orden contiene 4 bloques integradores, 8 bloques multiplicadores / de ajuste de ganancia, 8 bloques fanout para distribuir señales en modo de corriente, 2 ADC, 2 DAC y 2 bloques SRAM. También se implementan controladores digitales en el chip para ejecutar las instrucciones externas. Un experimento de robot en el documento demuestra el uso del chip de computación híbrida en las aplicaciones incrustadas emergentes de bajo consumo de energía.
Referencias
- ^ "HYCOMP" 250-EL PRIMER SISTEMA DE COMPUTADORA HÍBRIDO ANALÓGICO / DIGITAL DE ESCRITORIO " (PDF) .
- ^ "Computadora híbrida digital / analógica HYDAC 2400" (PDF) .
- ^ AGARDograph No. 279 Estudio de las instalaciones de simulación de misiles y mecánica de vuelo en la OTAN (PDF) . OTAN. 1983.
- ^ La alternativa analógica , la computadora analógica electrónica en Gran Bretaña y los Estados Unidos, 1930-1975, por James S Small
- ^ Guo, Ning; Huang, Yipeng; Mai, Tao; Patil, S .; Cao, Chi; Seok, Mingoo; Sethumadhavan, S .; Tsividis, Y. (1 de septiembre de 2015). "Cálculo híbrido en tiempo continuo con no linealidades programables". Conferencia europea de circuitos de estado sólido (ESSCIRC), ESSCIRC 2015 - 41st : 279–282. doi : 10.1109 / ESSCIRC.2015.7313881 . ISBN 978-1-4673-7470-5.
enlaces externos
- Una nueva herramienta para la ciencia Por Daniel Greco y Ken Kuehl, The Wisconsin Engineer, noviembre de 1972, reimpreso en febrero de 2001
- Nadel LD, Kramer MR, Shultheis DC, McCulloh TA (abril de 1977). "Un sistema informático híbrido para uso en cardiología". Med Prog Technol . 4 (4): 185–91. PMID 865418 .
- "COMPUTACIÓN HÍBRIDA: ¿QUÉ Y POR QUÉ?" . Informática y Automatización . XII (10): 10 –17. Octubre de 1963.